Разработка схемы очистки сточных вод гальванического цеха Горьковского машиностроительного завода от тиоционатов

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

При гидрометаллургической переработке сульфидных продуктов - руд и концентратов, методами цианирования в результате протекания химических реакций между цианид-ионами и продуктами разложения сульфидов образуются тиоцианаты, имеющие химическую формулу SCN-. Тиоцианаты являются токсичными соединениями - предельно-допустимые концентрации (ПДК) этих соединений в природных водоемах 0,01-0,25 мг/л. Образование тиоцианатов приводит к повышенному расходу реагентов в процессе цианирования. При многократном использовании цианидсодержащих растворов во внутрифабричном обороте тиоцианаты оказывают отрицательное воздействие на процессы растворения благородных металлов, а также емкость сорбентов по золоту и серебру. Удаление тиоцианатов из оборотных растворов может повысить эффективность процесса извлечения благородных металлов, особенно методами сорбционного цианирования.

1. Характеристика загрязняющих веществ

Тиоцианаты (тиоцианиды, роданиды, сульфоцианиды) соли роданистоводородной (тиоциановой) кислоты. Ранее была распространена точка зрения, что тиоциановая кислота представляет собой смесь двух таутомеров:

но в дальнейшем выяснилось, что кислота имеет строение HNCS. Тиоцианаты щелочных металлов и аммония имеют формулу Me+NCS-, для других тиоцианатов возможна формула Me(SCN)x. Неорганические тиоцианаты являются кристаллическими веществами с высокими температурами плавления.

Неорганические тиоцианаты вступают в реакции окисления, восстановления, галогенирования и обмена:

Кроме того, тиоцианаты могут образовывать комплексные соединения. В них лиганд - тиоцианат-ион - может координироваться как атомом азота, так и атомом серы, например, тетрароданоферрат калия: K[Fe(SCN)4]. Реакция образования окрашенного в кроваво-красный цвет тетрароданоферрата калия служит в аналитической химии качественной реакцией на ион Fe3+. При термической изомеризации тиоцианата аммония образуется тиомочевина:

Нагреванием тиоцианата меди(II) можно получить тиоциан (родан):

Тиоцианаты получают реакцией элементарной серы или полисульфидов с цианидами. Эти реакции позволяют перевести токсичный цианид-ион в гораздо менее опасный тиоцианат-ион:

В промышленности тиоцианаты щелочных металлов получают взаимодействием растворов соответствующих полисульфидов с коксовым газом, содержащим примеси цианидов; тиоцианат аммония -- по реакции аммиака с сероуглеродом.

В аналитической химии применяются как реактив на ионы трёхвалентного железа, с которым образуют кроваво-красные тиоцианатные комплексы Fe(III), а также для фотометрического определения некоторых металлов (например, кобальта, железа,висмута, молибдена, вольфрама, рения).

Тиоцианаты применяются в производстве тиомочевины, являются реагентами в процессах крашения и печатании тканей, в аналитической химии (качественный и количественный анализ), как ядохимикаты (инсектициды), стабилизаторы горения взрывчатых веществ, в процессах выделения и разделения редких металлов, для получения органических тиоцианатов. Тиоцианаты ниобия(V) и тантала(V) служат в качестве катализаторов реакции Фриделя-Крафтса.

2. Выбор способа очистки сточных вод от тиоцианатов

Проблема очистки сточных вод от цианидов и роданидов воды после газоочисток металлургических производств приобрела первостепенное значение. Разработаны десятки методов обезвреживания сточных вод от ионов цианидов и роданидов. К ним относятся биологические методы деструкции циан- и роданидионов, реагентные, электрохимические, сорбционные, комбинированные.

Биологические методы:

Способ основан на жизнедеятельности микроорганизмов, получающих необходимую энергию при деструкции циано- и цианоподобных (например, роданиды) структур. Микроорганизмы погибают при концентрациях цианидов выше 50 мг/л, а сорбционные фильтры - имеют ограниченную динамическую емкость.

Химреагентные методы:

Реагентные методы наиболее многочисленны. Для обезвреживания цианидов и роданидов используются жесткие окислители: гипохлориты, сернистый газ, озон, перекись водорода в присутствии двух-валентного железа и др. Конечные продукты их окисления - углекислый газ, вода и азот.

Электрохимические методы:

Приобретают все большую популярность для очистки стоков от тяжелых металлов, цианидов, роданидов и прочих загрязнителей. Способ основан на электроокислении в электролизере с нерастворимым анодом в присутствии хлориона.

Сорбционные методы:

В качестве сорбентных используют высокомолекулярные материалы типа оксимполиакролеина с сорбентной емкостью до 14 мг/г. Способ позволяет повысить степень очистки по данным авторов до 100 %.

Комбинированные методы:

Для утилизации сточных вод, содержащих повышенные концентрации роданидов (> 100 мг/л), применяются ступенчатые методы очистки, включающие иногда весь спектр перечисленных методов. В частности, это является обязательным условием для микробиологической и сорбционной очисток.

В результате исследований вод оборотного цикла металлургических производств выяснилось, что:

- малоактивные и инертные карбиды, оксиды, сульфиды остаются в воде оборотного цикла в виде взвесей и химических агрегатов с анионами и катионами вышеперечисленных электролитов.

- химический состав исходной воды оборотного цикла шламового хозяйства содержал: гидроксиды щелочных, щелочно-земельных и тяжелых металлов, сульфиды, карбиды, сульфаты, хлориды, нитраты, нитриты, карбонаты, гидрокарбонаты, фосфаты, цианиды, роданиды указанных металлов, а также целый спектр растворимых и нерастворимых сложных и простых комплексных соединений, твердых взвесей нерастворимых сульфидов, карбидов, тяжелых металлов, набор труднорастворимых металлоподобных и алмазоподобных нитридов, не подверженных гидролизу или взаимодействию с кислотами и основаниями.

Химический состав исследуемой воды определил порядок и технологию её очистки до норм сброса в открытые водоемы в соответствии с ПДК.

Предлагаемый метод очистки тиоционат-содержащих сточных вод: Очистка озоном. Очистка идет ступенчато, по следующим стадиям:

1. Окисление тиоцианатов до цианидов:

NCS- + 2O3 + 2OH- = CN- + SO32- + 2O2 + 2H2O

CN- + SO32- = CNO- + SO4 + 2O2

2. Окисление цианидов

3. Описание технологической схемы очистки

При химической очистке распыленная озоно-воздушная смесь реагирует с растворенными в воде загрязнителями. Сам по себе процесс очистки имеет сходство с поглощением жидкостью паров воздуха, однако реакция является гораздо более сложной.

Главный способ добычи озона для использования при химической очистке воды представляет собой синтез кислорода. Этот метод получения озона сделал популярными озонаторы, принцип работы которых основан на том, что охлажденный до 6°С кислород подается в сосуд, где он оставляет долю содержащейся в нем влаги. (рис. 1)

Рис. 1. Схема очистки воды озоном

Далее осушенный кислород перемещается к озоновому генератору, где под действием мощных электрических зарядов и происходит его преобразование в озон. Уже отсюда озон по стеклянным трубкам подается непосредственно в место подачи озоно-воздушной смеси. Применение трубок из иного материала недопустимо, так как озон очень быстро окисляется, а при контакте со стеклом он сохраняет свои химические свойства на протяжении 5-6 минут.

Иногда в установках для озонирования используется одновременно два генератора, один из которых отвечает за предварительную очистку.

Реактор представляет собой систему резервуаров, куда при помощи насосов нагнетается вода для проведения очистки. На первом этапе происходит окисление воды в основном резервуаре, по завершении которой воздушно-озонная смесь поступает в запасной резервуар, где она контактирует со свежей, еще не прошедшей очистку, водой.

Озонирование воды имеет ряд преимуществ, заключающихся в свободном выборе объема резервуара и возможности перенаправления воды в данном процессе. Получение озона не требует значительных материальных затрат, самым дорогим является электричество, потребляемое генератором. Для получения 1 кг озона потребуется всего 18 кВт электроэнергии, а при использовании вместо кислорода воздуха данный показатель может быть снижен.

4. Расчет необходимых реагентов

Согласно зарубежным данным, при использовании озона в гальваностегии для окисления 1 кг CNS- до CNO- при рН = 11 необходимо затратить 21 л NaClO (150 г/л активного хлора) либо 1,85 кг озона. При этом затраты на 1 кг окисленного CNS- в первом варианте составляют 13, а во втором --17,5 евро. Наибольшая эффективность при озонировании цианосоединений наблюдается при рН = 9--9.5, что дает дополнительную экономию щелочных продуктов и кислот (для нейтрализации избытка щелочи) на сумму 1 евро с 1 кг окисляемых цианидов. [4]

Из условия задания дано: Расход воды(Q)= 700м3/сут, рН= 9,3. CNS= 5,3 мг/л

1) Рассчитаем количество тиоцианата в сутки: переведем расход воды в л/сут= 700000 л/сут. MCNS= 5,3*700000=3710000мг/сут=3,71 кг/сут

2) Тогда для полного окисления тиоционата потребуется 6,9 кг озона

3) ПДК для тиоцианатов в диапазоне от 0,010 мг/л до 0,250 мг/л. Озон полностью окисляет тиоционаты

5. Утилизация образующихся отходов

В результате полного окисления тиоцианатов образуются гидрокарбонат, из которого можно получить гидрокарбонат натрия (соду). Двууглекислый натрий (бикарбонат), применяется в химической, пищевой, легкой, медицинской, фармацевтической промышленности, цветной металлургии, поставляется в розничную торговлю.

Применение:

- в химической промышленности -- для производства красителей, пенопластов и других органических продуктов, фтористых реактивов, товаров бытовой химии, наполнителей в огнетушителях, для отделения двуокиси углерода, сероводорода из газовых смесей (газ поглощается в растворе гидрокарбоната при повышенном давлении и пониженной температуре, раствор восстанавливается при подогреве и пониженном давлении).

- в легкой промышленности -- в производстве подошвенных резин и искусственных кож, кожевенном производстве (дубление и нейтрализация кож), текстильной промышленности (отделка шелковых и хлопчатобумажных тканей).

- в пищевой промышленности -- хлебопечении, производстве кондитерских изделий, приготовлении напитков.

Заключение

тиоцианат реагент утилизация газоочистка

На сегодняшний день очистка воды озоном является одним из наиболее эффективных методов, он не только позволяет удалить нежелательные примеси, но и предотвратить заражение различными вредоносными элементами.

При проведении очистки озон может окислять практически любые загрязнители, превращая их в нерастворимый осадок. Кроме этого при помощи озона удается нейтрализовать любые болезнетворные бактерии и организмы. Водоочистка озоном нашла широкое применение благодаря своей абсолютной безопасности.

Что касается основных достоинств данного способа очистки, то следует отметить, что при его реализации происходит расщепление озона на кислород, обладающий высокой скоростью взаимодействия с иными веществами. После очистки отсутствуют какие-либо следы реакции, а сам озон можно добывать из атмосферного воздуха в месте осуществления очистки.

Еще одним достоинством озонирования воды является то, что в процессе очистки не нарушается кислотно-щелочной баланс и не происходит повышения уровня содержания солей. Это, в первую очередь, связано с тем, что озон представляет собой производную кислорода, а значит, при реакции с различными веществами происходит лишь их окисление. Озон является наиболее эффективным окислителем металла из всех, которые применяются для очистки воды.

Литература

1. Ковалева Н.Г., Ковалев В.Г., Биохимическая очистка сточных вод предприятий химической промышленности, М., 1987.

2. Краткая химическая энциклопедия. Т. 3 / Под. ред. И.Л. Кнунянца. М.: Сов.энциклопедия, 1964. 1112с.

3. Кудрявский Ю.П. // Цветная металлургия. 1977. № 8 - 9. С. 46 - 48.

4. Пономарев В.Г., и др., Охрана производственных сточных вод и утилизация осадков, М., 1985.

5. Проскуряков В.А., Шмидт Л.И. Очистка сточных вод в химической промышленности Л.: Химия, 1977. 256с.

Размещено на Allbest.ru